钢锚墩在古瓦水电站高边坡锚索施工中的应用

何 国 勤， 王 志 鹏， 郑 印

(1.大唐乡城水电开发有限公司，四川 甘孜 627850；2.中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

在岩体高边坡支护施工过程中，广泛采用预应力锚索解决高边坡开挖后地应力的释放及重新分布后引起的高边坡变形及坍塌等危害。高边坡开挖后，为保证边坡的安全及稳定，往往要求尽快完成边坡锚索的安装，尽早提供主动防护，尤其是应急抢险及高寒地区的边坡支护。然而，由于高边坡锚索施工具有施工组织难度大、安全风险高、工序多、工艺复杂、质量管控难度大等特点，锚索施工耗时较长，难以达到预期目标。锚墩作为锚索的重要组成部分之一，直接关系到锚索张拉及施工的用时。在保证锚索施工质量的前提下，加快锚墩施工速度是一个意义重大的研究课题。

古瓦水电站位于四川省甘孜藏族自治州乡城县境内，是硕曲河干流乡城、得荣段“一库六级”梯级开发方案中的“龙头水库”电站，下游为娘拥水电站。大坝左右岸坝肩岩体以中厚～厚层状变质砂岩夹板岩地层为主，设计的支护形式为预应力锚索，锚索规格及布置参数见表1。

笔者介绍了钢锚墩在古瓦水电站高边坡锚索施工中的应用情况。

表1 锚索规格型号及布置参数表

2 锚墩形式的设计与优化

2.1 优化原因

因地质原因，2017年10月15日电站进水口边坡发生了大范围垮塌。由于进水口边坡岩层与左、右岸边坡岩层相同，均为中厚～厚层状变质砂岩夹板岩顺层边坡，在左、右岸边坡开挖过程中出现了斜向裂缝。为避免左、右岸边坡出现垮塌现象，急需尽快完成左、右岸边坡的深层支护。“为缩短支护工期，经研究决定将混凝土锚墩改为钢锚墩”[1]，以保证在雨季来临前完成所有锚索的支护。

2.2 原设计方案中的混凝土锚墩

2.2.1 混凝土锚墩的设计参数

1 000 kN预应力锚索锚墩的设计参数：

长(800 mm)×宽(800 mm)×厚(400 mm)。

1 500 kN预应力锚索锚墩的设计参数：

长(1 000 mm)×宽(1 000 mm)×厚(500 mm)。

2.2.2 混凝土锚墩的施工工艺

(1)在孔口安装锚垫板、钢套管、结构钢筋等预埋件，锚墩为梯形断面，“锚垫板安装时必须保证垫板平面与孔道轴线垂直，套管与孔道轴线对中”[2]，并将套管与孔道间的空隙密封，混凝土锚墩设计情况见图1。

(2)锚墩钢筋加工好后，按照设计尺寸绑扎成钢筋架，将钢垫板牢固焊接在钢筋架上。

图1 混凝土锚墩设计示意图

(3)“安装时调整钢筋架，使钢垫板预留孔的中心位置置于锚孔轴线上，平面与锚孔轴线正交，其误差不得大于0.5°”[3，4],锚墩模板采用自制四片定型钢模板并在现场组装，钢模和岩面之间的空隙用木条嵌补，上模板预留进料口和观察排气孔。

(4)在孔位附近设插筋固定模板。

(5)C30混凝土采用强制拌和机拌制，根据实际地形坡度，现场采用溜管(槽)下料入仓。

(6)为保证锚墩混凝土的早期强度能满足锚索张拉的需要，在混凝土配比中掺入了适量的早强减水剂。锚墩施工前应先清理岩面的浮渣，以保证混凝土与外露岩面的有效结合。

(7)混凝土浇筑完毕及时洒水加以养护。

2.3 优化后的钢锚墩

2.3.1 钢锚墩的设计参数

1 000 kN预应力锚索锚墩的设计参数：

长(300 mm)×宽(300 mm)×厚(40 mm)。

1 500 kN预应力锚索锚墩的设计参数：

长(400 mm)×宽(400 mm)×厚(40 mm)。

2.3.2 钢锚墩的施工工艺

(1)在安装钢锚墩前，需要清理岩面与孔向呈交错垂直状态。

(2)为方便固定，在钢锚墩周边加工了4个凹槽，采用螺栓进行固定。

(3)孔口段必须加钢套管并保证锚索不偏心。钢锚墩设计情况见图2。

2.4 混凝土锚墩与钢锚墩的优缺点对比

该项目地处海拔3 350 m，每年10月至次年3月为冬季(气温为-20 ℃～10 ℃)，4～6月为雨季，有效施工期为7～9月。

该项目锚索工期于2018年1月份开始，若在锚索施工中采用混凝土锚墩存在气温低、混凝土浇筑后达到设计临龄期缓慢，耗时耗工，高陡边坡材料运输困难等弊端；同时，在右岸边坡高程3 330m处发现裂缝且裂缝有增宽的趋势。根据实际情况并经现场建设四方研究讨论后，决定将混凝土锚墩改为钢锚墩。

图2 钢锚墩设计示意图(单位：mm)

2.5 钢锚墩预应力锚索的施工主材

钢锚墩的尺寸见表2，其它吨位尺寸参数参照规范《水电水利工程预应力锚索施工规范》DL-T5083-2010。

表2 锚墩的尺寸及垫层砂浆参数表

2.6 钢锚墩预应力锚索施工工艺流程

钢锚墩预应力锚索施工工艺流程：造孔→钻孔检查→锚索制作及安装→钢垫板制作→内锚段灌浆(无粘结预应力锚索可全孔一次注浆)→钢垫板安装→千斤顶、油表率定→张拉、测试、锚固→张拉段灌浆→外锚头保护。

2.6.1 钢锚墩预应力锚索的施工方法

在钻孔、下索、灌浆完成后，清理岩面，安装钢锚墩、采用M40砂浆找平，厚度为5～10 cm；待找平砂浆凝固后进行张拉。

2.6.2 钢锚墩的制作

钢锚墩在加工厂加工、根据设计尺寸“用粉笔将锚墩勾勒成型后用氧焊切割成型再用打磨机打磨圆滑。钢锚墩的材质宜选用45号钢，中心孔内壁光滑平整，无毛刺，外侧孔口倒角”[5]。

2.6.3 钢锚墩的安装

锚索钻孔结束后进行下索、灌浆；安装钢锚墩时采用手风钻或电钻钻安装钢锚墩的连接螺栓，为保证螺栓孔位的精度，采用薄铁皮板定位螺栓孔位。

在钢锚墩安装过程中，需要严格控制以下几个工艺环节：

(1)钢锚墩运输至工作面后采用手动葫芦吊装，在检查其满足各项要求后扭紧连接螺栓予以固定、回填砂浆找平层。

(2)必须保证孔口段周围的空间，在钢板下加导向管(钢套管)以保证锚索不偏心、与孔轴线一致，以保证张拉过程中钢绞线不出现剪断丝。

(3)钢板宜采用螺杆配螺母固定或采用φ12～14插筋点焊固定。

(4)对于松动或破碎岩层必须清除干净, 以免发生岩块压碎的情况而影响锚索的整体锚固效果。

(5)钢锚墩的防护。锚索施工结束，采用环氧砂浆进行封锚防护；“封锚前，先用钢刷对钢锚墩进行除锈处理并涂刷一层环氧基液后再进行环氧砂浆的施工，以增强钢锚墩与环氧砂浆的粘结力”[6]，环氧砂浆的封锚施工采用常规的立模浇筑方法进行。

3 钢锚墩的应用情况

钢锚墩在古瓦水电站大坝左、右岸边坡深层支护中得到了广泛应用，左、右岸边坡共计布置锚索598束；如果按照正常的工期施工需要6个月时间。2018年1月在将混凝土锚墩改为钢锚墩后，于2018年4月完成了所有锚索的施工，工期比原计划提前60 d。

设计人员根据不同的岩层情况布置了25个锚索应力计，张拉过程中其数值可以达到设计张拉值。锚索工程至2018年4月完成。2019年1月，锚索应力计数据显示，其满足设计要求。

4 结论与建议

钢锚墩主要适用于岩层较好的岩石预应力锚索，较好的岩面边坡更有利于钢锚墩的安装、固定及张拉。在工期紧张、高海拔、冬季施工、材料运输困难、应急抢险的项目，使用钢锚墩优势更加明显。

在覆盖层中使用钢锚墩时，需经专业人员进行结构安全设计，以确定其是否可行。